Двозонний електрофільтр

Реферат: Винахід належить до електрофільтрів і може бути використаним для очищення димових і промислових газів від твердих і рідких часток. Воно може знайти застосування в електроенергетиці, у цементній, металургійній, коксохімічній промисловості. Двозонний електрофільтр містить іонізаційну й осаджувальну камери. Коронуючі електроди іонізаційної камери виконані у вигляді багатовістряних стрічок, установлених по потоку газу, товщиною 0,50,6 мм, довжиною 250-350 мм, розташовані один від одного й від заземлених електродів на відстані не більше 40 мм. Висока напруга, що подається на електроди іонізаційної камери, має постійну й імпульсну складову з мікросекундною тривалістю імпульсів. Це дозволяє створити напруженість електричного поля поблизу коронуючих електродів достатню, щоб викликати утворення електричного вітру, що забезпечує високу ефективність електрофільтра. В осаджувальній камері осаджувальні електроди чергуються з коронуючими. Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності електрофільтра. UA 105606 C2 (12) UA 105606 C2 UA 105606 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електрофільтрів і може бути використаний для очищення димових і промислових газів від твердих і рідких частинок. Він може знайти застосування в електроенергетиці, у цементній, металургійній, коксохімічній промисловостях. Відомий двозонний електрофільтр (1), що складається із встановлених один за одним по ходу газу вузла зарядки частинок (іонізатор) і вузла осадження (осаджувач). Іонізатор виконаний у вигляді паралельних заземлених пластин, між якими розміщені коронуючі електроди із дротів. Осаджувач являє собою набір паралельних пластин, між якими створюється однорідне електростатичне поле. Особливість конструкції даного іонізатора полягає в тім, що співвідношення між відстанню від дротів до пластин (L0/2) і довжиною L1 цих же заземлених пластин перебуває в межах від 0,6 до 2. Основним недоліком даного технічного рішення є обмежений час перебування частинок, що вловлюють, у зоні їхньої зарядки (іонізаторі), що пов'язане з обмеженими розмірами іонізатора, довжина пластин якого менше відстані між пластинами. Крім того, використання дроту як коронуючого електрода обмежує можливість створення поля високої напруженості (великий діаметр дроту), або, при малому діаметрі дроту, обмежений її ресурс. Відомий двозонний електрофільтр для очищення газів, що містить послідовно встановлені по ходу газу зарядну й осаджувальну камери (2). Зарядна камера виконана у вигляді паралельно заземлених пластин, між якими перпендикулярно до поздовжньої осі й на однаковій відстані від заземлених пластин встановлений коронуючий електрод. Осаджувальна камера виконана у вигляді системи плоских осаджувальних електродів однакової довжини, розташованих на рівній відстані один від одного. Ця конструкція не передбачає можливість створення високої напруженості електричного поля поблизу коронуючогого електрода, а, отже, значного питомого струму корони й, як наслідок, низької швидкості дрейфу заряджених частинок до осаджувальних електродів, що визначає ефективність очищення. Найбільш близьким по технічній суті до пропонованого пристрою є двозонний електрофільтр для очищення газів (3). Електрофільтр містить установлені по напрямку потоку газу іонізаційну камеру, виконану у вигляді декількох заземлених паралельних пластин з розміщеними між ними на рівній дистанції протяжними коронуючими електродами з високим потенціалом, і осаджувальну камеру, виконану у вигляді плоских паралельних електродів, розташованих на рівній відстані один від одного з різнойменними потенціалами, причому іонізаційна й осаджувальна камери встановлені без зазору або із зазором до 0,2 відстані між заземленими пластинами іонізаційної камери (L0) з можливістю переміщення камер одна щодо одної по напрямку, перпендикулярному до потоку газу, а коронуючі електроди зміщені всередину іонізаційної камери щодо торця заземлених пластин, обернених до осаджувальної камери, на величину L = (3/50,10) L0, де L0 - відстань між заземленими пластинами іонізаційної камери, при цьому довжина заземлених пластин камери іонізатора по потоку газу більше або дорівнює відстані між заземленими пластинами. Недоліком прототипу є недостатня ефективність очищення газів через неможливість створення високої напруженості електричного поля поблизу коронуючого електрода, низького значення питомого струму корони й малої швидкості дрейфу заряджених частинок до осаджувальних електродів. В основу пропонованого технічного рішення поставлена задача розробки пристрою, що забезпечує можливість створення високої напруженості електричного поля поблизу коронуючого електрода, що спричиняє утворення холодної емісії електронів з коронуючого електрода, утворення електричного вітру, що викликає високу швидкість дрейфу заряджених і нейтральних частинок до осаджувальних електродів й ефективне осадження частинок газів, що очищають, на осаджувальних електродах. Поставлена задача вирішується тим, що у двозонний електрофільтр, що містить установлені по напрямку потоку газу іонізаційну камеру, виконану у вигляді декількох заземлених електродів з розміщеними між ними на рівній дистанції протяжними коронуючими електродами з високим потенціалом, і осаджувальну камеру, виконану у вигляді плоских паралельних електродів, розташованих на рівній відстані один від одного з різнойменними потенціалами, причому іонізаційна й осаджувальна камери встановлені із зазором, а коронуючі електроди іонізаційної камери зміщені всередину іонізаційної камери відносно торця заземлених пластин, звернених до осаджувальної камери, на величину L = (3/50,10) L0, (1) де L0 - відстань між заземленими пластинами іонізаційної камери, при цьому довжина заземлених пластин камери іонізатора по потоку газу більше або дорівнює відстані між заземленими пластинами, відповідно до винаходу, коронуючі електроди 1 UA 105606 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 іонізаційної камери виконані у вигляді багатовістряних стрічок товщиною 0,5-0,6 мм із вістрями, оберненими вниз і поверненими через один у різні сторони під кутом не менш 30° стосовно площини стрічки, довжиною 250-350 мм, площина яких паралельна потоку газу й заземлених електродів, розташованих на відстані не більше 40 мм від заземлених пластин і один від одного, закріплених у рамі й спрямованих по потоку газу, електроди осаджувальної камери через один є коронуючі, причому вони підключені до джерела постійної високої напруги, а електроди іонізаційної камери підключені до джерел постійної й імпульсної напруги з мікросекундною тривалістю імпульсів. Відмітними ознаками пристрою, що заявляється, є: коронуючі електроди іонізаційної камери виконані у вигляді багатовістряних стрічок товщиною 0,5-0,6 мм із вістрями зверненими вниз; довжиною 250-350 мм, площина яких паралельна потоку газу й заземлених електродів; з відстанню від заземлених електродів і один від одного не більше 40 мм, а між вістрями не більше 6 мм; через один повернені під кутом не менш 30° до площини стрічки; коронуючі електроди іонізаційної камери підключені до джерел постійної й імпульсної напруги з мікросекундною тривалістю імпульсів; електроди осаджувальної камери через один є коронуючі й підключені до джерела постійної високої напруги. Виходячи з описаного рівня техніки, випливає те, що зазначені відмітні ознаки пристрою, що заявляється, є новими, взаємозалежні між собою з утворенням стійкої сукупності істотних ознак, достатньої для одержання необхідного технічного результату. Завдяки тому, що коронуючі електроди іонізаційної камери виконані у вигляді багатовістряних стрічок товщиною 0,5-0,6 мм, розташовані на відстані не більше 40 мм від заземлених електродів і один від одного, при передпробійних напругах, поблизу коронуючих електродів створюється напруженість електричного поля, достатня для виникнення холодної емісії електронів з коронуючих електродів, що приводить до утворення електричного вітру між коронуючими електродами й заземленими електродами. Вибір відстані між вістрями коронуючих електродів не більше 6 мм, є оптимальним для створення максимального питомого струму корони, що обумовлює високу швидкість електричного вітру. Швидкість електричного вітру, у цьому випадку, може досягати 5-10 м/с на відміну від швидкості дрейфу заряджених частинок 5-10 см/с. Це забезпечує ефективне осадження частинок, що перебувають в газі, що очищуюється, що, незалежно від їхніх розмірів, величини електричного заряду й питомого опору, уже на перших 200-300 мм заземлених електродів іонізаційної камери. Завдяки тому, що довжина коронуючих електродів становить 250-350 мм, вони закріплені в рамі й спрямовані по ходу газу. Це забезпечує їхню високу міцність, зносостійкість і слабко впливає на газодинамічні процеси між електродами. Практично всі частинки осаджуються в іонізаційній камері. Завдяки тому, що коронуючі електроди іонізаційної камери підключені до джерел постійної й імпульсної напруги з мікросекундною тривалістю імпульсів, поблизу коронуючих електродів стає 6 8 можливим створити напруженість електричного поля 10 -10 У/м за рахунок збільшення межі електричної міцності на пробій газового проміжку між коронуючими електродами й заземленими пластинами на 15-20 кв для імпульсної напруги. Це виключає іскрові пробої при вибраних відстанях між різнойменними електродами. Наслідком того, що електроди осаджувальної камери через один є коронуючі й підключені до джерела постійної високої напруги, виключається вторинне віднесення частинок, обложених в іонізаційній камері. На Фіг. 1 представлений поздовжній розріз двозонного електрофільтру (вигляд зверху). На Фіг. 2 представлений вигляд з боку рами із коронуючими електродами іонізаційної камери. На Фіг. 3 представлена типова осцилограма напруги, що подається на коронуючі електроди іонізаційної камери від джерел постійної й імпульсної напруги. На Фіг. 4 представлений елемент коронуючого електрода іонізаційної камери. Перелік деталей, позначених на Фіг. 1, Фіг. 2, Фіг. 3, Фіг. 4, Фіг. 5. 1 - іонізаційна камера; 2 - заземлені електроди іонізаційної камери; 3 - коронуючі електроди іонізаційної камери; 4 - рама коронуючих електродів іонізаційної камери; 5 - осаджувальна камера; 6 - осаджувальні електроди осаджувальної камери; 7 - коронуючі електроди осаджувальної камери; 8 - джерело постійної високої напруги осаджувальної камери; 9 джерело постійної високої напруги іонізаційної камери; 10 - джерело імпульсної напруги з 2 UA 105606 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 мікросекундною тривалістю імпульсів іонізаційної камери; 11 - елемент коронуючого електрода іонізаційної камери. Двозонний електрофільтр працює в такий спосіб. Газ, що містить тверді частинки, надходить в іонізаційну камеру 1. Проходить між заземленими електродами 2 і коронуючими електродами 3, виконаними у вигляді багатовістряних стрічок товщиною 0,5-0,6 мм, довжиною 250-350 мм, розташованих на відстані не більше 40 мм від заземлених електродів і один від одного, спрямованих по ходу газу й закріплених у рамі 4. З іонізаційної камери газ надходить в осаджувальну камеру 5, установлену із зазором після іонізаційної камери, проходить між заземленими осаджувальними електродами 6 і встановленими через один коронуючими електродами 7. Електроди осаджувальной камери підключені до джерела постійної високої напруги 8. Коронуючі електроди іонізаційної камери й заземлених пластин підключені до джерел постійного 9 й імпульсної напруги 10 з мікросекундною тривалістю імпульсів напруги, що 6 8 створюють напруженість електричного поля поблизу коронуючих електродів 10 -10 У/м за рахунок збільшення межі електричної міцності газового проміжку на пробій на 15-20 кв. Коронуючі електроди 3 зміщені усередину іонізаційної камери 1 щодо торця заземлених пластин 2, обернених до осаджувальної камери 5 на величину 28 мм відповідно до формули (1). Ефективна робота електрофільтра забезпечується шляхом підвищення величини живильної високої напруги, що обмежено величиною пробивної напруги в електрофільтрі, і швидкістю дрейфу заряджених частинок до заземлених пластин (осаджувальних електродів). Підвищення величини пробивної напруги в іонізаційній камері пропонованого електрофільтра досягається за рахунок того, що при імпульсній напрузі з мікросекундною тривалістю імпульсів зростає межа електричної міцності газового проміжку між коронуючими й заземленими пластинами на 15-20 кВ. Це підтверджено експериментальними даними на осцилограмі, наведеної на Фіг. 3. Збільшення швидкості дрейфу досягається за рахунок збільшення швидкості електричного вітру внаслідок збільшення питомого струму корони, обумовленого вибором геометрії й взаємного розташування коронуючих і осаджувальних електродів іонізаційної камери, а також вибором електричного режиму. На Фіг. 2 представлений графік залежності відносини V 2/V1 швидкостей електричного вітру V2 до швидкості дрейфу, типової для прототипу, V1=10 см/с, від відношення питомих струмів коронного розряду I1/І2 пропонованого технічного рішення й прототипу. Як видно із графіка, швидкість електричного вітру може перевищувати швидкість дрейфу в 20 і більше разів. Техніко-економічні переваги пристрою, що заявляється, у порівнянні із пристроєм прототипом, полягає в тому, що швидкість дрейфу заряджених частинок до заземлених пластин, як правило, становить 5-10 см/с, у той час, як швидкість електричного вітру, утвореного за рахунок холодної емісії електронів з коронуючих електродів товщиною 0,5-0,6 мм 6 8 при напружностях електричного поля 10 -10 В/м, досягає 5-10 м/с. Це істотно підвищує ефективність електрофільтра. Використання коронуючих електродів в осаджувальній камері дозволяє додатково підвищити ефективність двозонного електрофільтра. Джерела: 1. Патент Німеччини № 1279656, кл. В03С3/12, 1972. 2. Патент РФ № 1834711, кл. В03С3/12, 1993. 3. RU Патент № 2145910, В03С3/12, 27.02.2000. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Двозонний електрофільтр для очищення газів, що містить установлені по напрямку потоку газу іонізаційну камеру, виконану у вигляді заземлених паралельних електродів, розміщені між ними у рамі на рівній відстані один від одного протяжні коронуючі електроди з високим потенціалом, і осаджувальну камеру, виконану у вигляді паралельних електродів, розташованих на рівній відстані один від одного з різнойменними потенціалами, причому іонізаційна й осаджувальна камери встановлені із зазором, а коронуючі електроди іонізаційної камери зміщені усередину іонізаційної камери щодо торця заземлених пластин, звернених до осаджувальної камери, на величину: L=(3/50,10)L0, де L0 - відстань між заземленими пластинами іонізаційної камери, при цьому довжина заземлених пластин іонізаційної камери по поток газу більше відстані між заземленими пластинами, який відрізняється тим, що коронуючі електроди іонізаційної камери виконані у вигляді багатовістряних стрічок товщиною 0,5-0,6 мм, з вістрями, оберненими вниз, довжиною 250-350 мм, площина яких паралельна потоку газу й заземленим електродам, з відстанню від 3 UA 105606 C2 5 заземленим електродів і один від одного не більше 40 мм, а між вістрями не більше 6 мм, через один повернені під кутом не менш 30° до площини стрічки, електроди осаджувальної камери через один є коронуючі, причому вони підключені до джерела постійної високої напруги, а електроди іонізаційної камери підключені до джерел постійної й імпульсної напруги з мікросекундною тривалістю імпульсів. 4 UA 105606 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5